摘要
在自然因素和人为干扰双重影响下湖泊面临着面积萎缩、水质恶化、生态环境遭受严重破坏、功能和效益下降等问题，悬浮物是湖泊浑浊程度、湖床演变、营养盐和污染物输移的重要影响因素，研究湖泊水体悬浮物时间和空间的分布特征及其影响机制对维护湖泊生态系统可持续发展意义重大。本文以高动态湖泊—鄱阳湖为对象，采用现场监测、数值模拟和遥感技术等手段，开展鄱阳湖水体悬浮物的遥感监测机制、时空分布格局及水动力响应研究。主要结论如下： （1）建立鄱阳湖垂向水体光学数据集，揭示了鄱阳湖不同时期水体固有光学参数（IOP）空间变异特征。提出了浅水湖泊水体固有光学参数（IOP）的垂向测定方法，首次获得了鄱阳湖水体的后向散射概率，建立了鄱阳湖水体垂向光学数据集，实现了水体IOP参数化模型构建，揭示了鄱阳湖不同时期吸收系数、后向散射系数的平面和垂向特征。 （2）揭示了鄱阳湖水体悬浮物垂向分布对遥感反射率（Rrs）的影响机制。通过建立湖泊非均匀水体的光学垂向模型，获取不同水体悬浮物垂直分布类型的水面以上光谱反射率。无机悬浮物是影响鄱阳湖水面以上Rrs的主导因素，水体中无机悬浮物浓度（ρ(ISM)）垂向线性型和叶绿素a浓度（ρ(Chl-a)）垂向指数型这两类占比较大。表层ρ(ISM)的高低决定着对Rrs的影响程度，表层ρ(ISM)为低浓度时线性斜率变化对Rrs的影响程度最大达到32.65%，敏感波段在590?700nm范围；ρ(Chl-a)垂向分布对400?600nm之间的Rrs影响相对较大，ρ(Chl-a)表层浓度越高其垂向分布指数函数曲率对Rrs的影响程度越大，最大达到43.74%。 （3）创建了基于垂向特征的鄱阳湖表层水体悬浮物浓度遥感反演方法。以Rrs红光波段形成的反射峰作为指数，提出了高低悬浮物浓度水体的光学分类最优波段反演法。低悬浮物浓度水体与红和近红波段之差有最佳的相关性，呈指数函数关系；高悬浮物浓度水体与绿红波段比值有最佳的相关性，呈二次函数关系。经分类反演的水体悬浮物浓度相对误差小于30%的占比87.5%，而未分类反演的水体为62.5%。该方法在提高反演精度同时可有效减少垂向分布异质性带来的误差。 （4）揭示了鄱阳湖水体悬浮物浓度平面分布规律及水动力响应。构建了耦合遥感和数值模拟的鄱阳湖五河尾闾和湖区联动的水体悬浮物模型，创新性采用多指标率定和验证方法，模拟结果与实际吻合，精度明显提高。2008?2013年鄱阳湖不同区域悬浮物浓度存在显著的空间差异，北湖区明显高于南湖区，主湖区最小；主湖区季节差异明显，丰水期水体悬浮物浓度小，枯水期通江水体悬浮物浓度高于丰水期。鄱阳湖丰水期流速最小，枯水期流速最大；出湖湖口段水体悬浮物浓度主要受河流来沙和湖床冲刷的双重影响；入湖段平水期流速最大，丰水期流速最小，流速较大区域悬浮物浓度随着流速的增加而呈增加的趋势，该区域悬浮物浓度受河流来沙影响较大；在水流流向分布不一致区域，流速较大区域悬浮物浓度随着流速的增加而呈增加的趋势，悬浮物来源主要是以湖床冲刷为主，还受采砂等人为因素影响。 （5）揭示了鄱阳湖水体悬浮物浓度垂向分布规律及水动力响应。构建了基于IOP的鄱阳湖水体光学活性物质反演模型，获得垂向连续的水体悬浮物浓度和叶绿素a浓度信息。结果表明鄱阳湖大多水体存在垂向非均匀性，65.7%监测站点水体悬浮物浓度垂直非均匀；85.1%站点水体叶绿素a浓度垂直非均匀；水体悬浮物浓度垂向变化与水体流速相关性较小，流态的变化影响区域的水体悬浮物浓度垂向分布改变显著；鄱阳湖水体粒径累积分布50%（D50）垂直向下呈增大的趋势，水体D50垂向变化受流速大小变化影响较显著。
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